粘結性
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中文名稱；粘結性 外文名稱；caking property，binding property 別名；粘結力、結合力、結合能力 作用；它是評價粘土類物理性能的指標 |
粘結力指粘結劑與被粘結物體界面上分子間的結合力。長期以來，鋼筋鏽蝕對鋼筋混凝土構件粘結力的影響一直被工程界所重視，其影響主要集中在粘結力和承載力的變化上。[1]
目錄
影響
應用有限元方法模擬鋼筋鏽蝕影響的方法大體可分為兩種，一種是模擬鋼筋鏽蝕時的體積膨脹引起的內力，另一種則是模擬膨脹時的位移量。從溫度角度出發，即施加於鋼筋一定的溫度模擬其膨脹過程對構件粘結力及承載力的影響，對試驗結果進行對比分析。 對於岩石來說，岩石的抗壓強度σc、抗拉強度σt、抗剪強度τo、和粘結力C有如下關係： σc=10σt (σt的係數變化範圍為6~20) σc=5τo (τo的係數變化範圍為6~20) τo=1.8σt (σt的係數變化範圍為6~20) τo=0.7C (C的係數變化範圍為6~20) （1）證明粘結力變化趨勢及荷載數值與試驗結果接近。 （2）利用溫度膨脹模型模擬鋼筋鏽蝕對鋼筋混凝土粘結力及承載力的影響是有效的和可行的，並避免了採用給鋼筋施加均勻內力及變形模擬鏽蝕影響的與實際情況偏離的不利影響，是對鋼筋混凝土中鋼筋鏽蝕問題的數值分析方法的補充與完善。
單元選擇劃分
採用軸對稱有限元分析模型，對稱軸取在主筋長向的形心線上。混凝土為一內半徑為7mm、外半徑為50mm的圓環。主筋直徑為14mm.鋼筋在混凝土中的錨固長度取10倍鋼筋直徑即140mm，主筋為一內徑為5mm、外徑為7mm的鋼圓環。主筋肋高取0.5mm，肋間距取7mm.箍筋採用矩形截面等效圓形截面面積。混凝土及箍筋取4點軸對稱塊體單元，主筋及肋採用2節點軸對稱殼體單元。鋼筋與混凝土間的摩擦力被忽略，但以主筋肋截面為矩形作為補充。利用ABAQUS程序進行分析，有限元單元劃分。
材料性能
混凝土被視為彈塑性材料，彈性模量E=34500MPa，波松比ν=0.18，抗壓強度fc=50MPa，抗拉強度ft=4.25MPa，破壞時的塑性應變取1.4×10-3，產生裂縫後考慮由於剪切剛度變化引起的軟化。假定裂縫後混凝土抗拉強度為線性損失並在應變為1.2×10-3後無拉應力存在。混凝土雙軸極限抗壓強度與單軸抗壓強度之比為1.16.箍筋為彈性材料，主筋為彈塑性材料，彈性模量E=2.06×105MPa，波松比ν=0.3，鋼材屈服強度為550MPa，抗拉強度為600MPa。
分析步驟
數值分析由鋼筋鏽蝕前的加載階段、鋼筋鏽蝕階段和鏽蝕後的加載階段組成，構件在荷載作用下的破壞過程按照不穩定分析原理並採用修正的RIKS方法進行分析，同時考慮幾何非線性變化的影響。 由於鋼筋鏽蝕而導致的鋼筋體積膨脹在分析中採用主筋單元在溫度作用下的體積膨脹，鋼材的膨脹係數採用在溫度作用下的正交膨脹性質，也即考慮環向膨脹而忽略沿鋼筋長向和徑向的膨脹。 設鋼筋在鏽蝕前的原始半徑為r0，在溫度作用下鏽蝕深度為X，膨脹後的半徑為r，t為膨脹量，則： r-r0=t（1） 設由膨脹引起的混凝土裂縫長度為lcr，寬度為w，由產生裂縫前後狀態時構件的體積相等導出鏽蝕深度X為： X=t[1+lcr/（2r0）]（2） 式（2）中，膨脹量t由有限元計算直接得出。 加載端的荷載－位移曲線。可以看出，當將混凝土視為非線性彈塑性體時，在劈裂破壞後將顯示出明顯的應變軟化。
鏽蝕階段
為鋼筋在鏽蝕狀態下混凝土單元的位移，與試驗的裂縫開展位置基本吻合。
鏽蝕後的加載
為了比較箍筋配置的影響，分別情況1和去掉中間一根箍筋情況2兩種情況進行分析計算。兩種情況下鏽蝕深度與最大荷載的關係曲線。可以看出，在鏽蝕開始階段，均有一個較明顯的下降趨勢，這也是多數試驗結果的趨勢。最大粘結力均大於鏽蝕前的最大值。同時，也可發現兩條分析曲線與試驗曲線在中間位置較為逼近。
粘結力的重要性
當瀝青層之間或瀝青層與基層之間結合面上的摩阻力大大低於瀝青混合料本身時，層間界面會存在抗剪強度不足的薄弱環節，當路面受到較大的水平剪切力時易發生剪切位移，使瀝青面層發生水平推移、車轍及壅包等病害。粘結層對瀝青層之間的拉應力和剪應力的傳遞有至關重要的作用，層間粘結力不足會導致層間推移及上面層層底拉應力集中，這種應力集中將加速疲勞開裂導致整個路面的破壞。為了保證瀝青路面的優良路用性能，必須在瀝青混凝土層間鋪設粘結層或經過處理以提高層間的粘結力。
粘結層的分類
1)下封層。多用於多雨潮濕地區的高速公路、一級公路的瀝青面層空隙較大、滲水嚴重的路面或鋪築基層後不能及時鋪築瀝青面層而需要開放交通時，宜在噴撒透層油後鋪築下封層。下封層的瀝青油石比為7.5%～13.5%，石料用量為5.4kg/m2～8.1kg/m2，石料規格為Ⅱ級配礦料，施工工藝為稀漿封層機拌和攤鋪。 2)粘層。雙層或三層熱拌熱鋪瀝青混合料路面在鋪築上面層前，其下面的瀝青層已被污染，水泥混凝土路面上鋪築瀝青面層時必須撒鋪粘層。瀝青用量為0.3L/m2～0.5L/m2，施工工藝為噴撒，不需要用石料。 3)透層。瀝青路面的級配砂礫、級配碎石基層及水泥、石灰、粉煤灰等無機料穩定土或粒料的半剛性基層上必須撒透層瀝青。瀝青用量為0.7L/m2～1.1L/m2，石料用量為2kg/m2～3kg/m2，石料規格為石屑或砂，施工工藝為撒瀝青、撒石屑並碾壓。
粘結層受力分析
粘結層的作用是把上下瀝青面層粘結起來，使荷載從上面的瀝青層傳遞到下面的瀝青層的同時沒有層間滑移或分層現象發生。根據參考文獻中闡述的觀點，試驗溫度為60℃時，在一定的範圍內隨着瀝青用量的增加抗剪強度有所增加其原因在於，瀝青混合料在基底表面擊實後，瀝青混合料與基底表面緊密接觸，抗剪強度源於瀝青混合料中的骨料與基底的摩擦力及瀝青的粘結力，由於瀝青用量的增加，瀝青混合料與基底的接觸面增大，這樣抗剪強度有所增加。粘結層瀝青厚度超過瀝青混合料紋理深度之後，瀝青粘結層的粘結力降低，由於擊實的作用多餘的瀝青被擠出試件，其粘結力降低的水平趨於穩定。試驗溫度30℃時，由於溫度的降低，瀝青的粘度增加從而粘結力有所增加，但隨着瀝青用量的增加多餘的瀝青被擠出，其粘結力趨於穩定。 下封層、粘層及透層油的施工工藝有一個共同的特點，就是都可以提高剛性、柔性結構層之間的抗剪強度，但它們的抗剪強度不同。下封層作為瀝青路面結構層間結合料時的抗剪強度最大，作為粘結過渡層效果最好。 一般可用擊實法模擬工程實際，既可用於確定瀝青粘結層的合理用量，也可以用來確定瀝青粘結層的抗剪強度，但對基底材料的強度要求較高，否則擊實時基底材料會破壞。試件的試驗溫度是關鍵，溫度低抗剪強度高，溫度高抗剪強度低。同樣條件下，利用擊實法成型的試件，水泥混凝土為基底的試件的抗剪強度要比以鋼板為基底的試件的抗剪強要高，這說明基底的粗糙程度對抗剪強度有影響，而且比基底的強度對抗剪強度影響大。所以要在提高基底強度的同時注意提高其粗糙程度，而得到較高的抗剪強度。
參考來源